up
Search      menu
ستاره شناسی :: مقاله خورشيد PDF
QR code - خورشيد

خورشيد

خورشيد، گوي غول پيکر درخشاني در وسط منظومه شمسي

خورشيد
خورشيد، گوي غول پيکر درخشاني در وسط منظومه شمسي و تامين کننده نور، گرما و انرژي هاي ديگر زمين است. اين ستاره به طور کامل از گاز تشکيل شده است. بخش بشتر اين گاز از نوعي مي باشد که به نيروي مغناطيسي حساس است...
. اين نوع از گاز به خاطر همين حساسيت، بسيار خاص مي باشد. دانشمندان به آن پلاسما* مي گويند.(* پلاسما حالت چهارم ماده است. در خيلي جاها اين چنين آموزش مي دهند که ماده داراي سه حالت جامد، مايع و گاز است. پلاسما گاز شبه خنثايي از ذرات باردار و خنثي است که رفتار جمعي از خود ارائه مي‌دهد. به عبارت ديگر مي‌توان گفت که واژه پلاسما به گاز يونيزه شده‌اي اطلاق مي‌شود که همه يا بخش قابل توجهي از اتمهاي آن يک يا چند الکترون از دست داده و به يونهاي مثبت تبديل شده باشند. يا به گاز به شدت يونيزه شده‌اي که تعداد الکترونهاي آزاد آن تقريبا برابر با تعداد يونهاي مثبت آن باشد، پلاسما گفته مي‌شود. توضيحات بيشتر را در ادامه مقاله مطالعه خواهيد نمود.) نه سياره و قمرهايشان، ده ها هزار خرده سياره و چندين تريليون شهاب سنگ به دور خورشيد در گردشند. خورشيد و همه اين اجرام در منظومه شمسي مي باشند. زمين با ميانگين فاصله تقريبي ۱۴۹.۶۰۰.۰۰۰ کيلومتر از خورشيد در حرکت است.
شعاع خورشيد (فاصله بين مرکز تا سطح آن) حدود ۶۹۵.۵۰۰ کيلومتر، تقريبا ۱۰۹ برابر شعاع زمين است. مثال زير به شما کمک مي کند تا مقياس خورشيد، زمين و فاصله بين آنها را تصور کنيد: اگر شعاع زمين را به اندازه عرض يک گيره کاغذ معمولي تصور کنيم، شعاع خورشيد تقريبا برابر با پايه يک ميز تحرير و فاصله آنها حدودا به اندازه ۱۰۰ قدم خواهد بود.
قسمتي از خورشيد که ما مي بينيم دمايي حدود ۵۵۰۰ درجه سانتيگراد دارد. ستاره شناسان دماي ستارگان را با واحدي به نام کلوين (Kelvin) اندازه گيري مي کنند و به طور خلاصه آن را K مي نويسند. يک کلوين دقيقا برابر با ۱ درجه سلسيوس يا ۱.۸ درجه فارنهايت است، اما تفاوت واحد کلوين با واحد سلسيوس در نقطه شروع آنهاست. مقياس واحد کلوين از صفر مطلق که برابر است با ۲۷۳.۱۵ – درجه سانتيگراد آغاز مي شود. بنابراين دماي سطح خورشيد ۵۸۰۰K و دماي هسته خورشيد بيش از ۱۵ميليون K مي باشد.
انرژي خورشيد به واسطه واکنش هاي ترکيبي اتمي در اعماق هسته آن تامين مي شود. در يک واکنش ترکيبي دو هسته اتم با يکديگر همراه شده و هسته اي جديد را به وجود مي آورند.
اين ترکيب با تبديل اجزاي هسته به انرژي، توليد انرژي مي کند. خورشيد مانند زمين مغناطيسي است. دانشمندان با در نظر گرفتن ميدان مغناطيسي يک جرم، خاصيت مغناطيسي آن جرم را تشريح مي کنند. ميدان مغناطيسي محدوده اي است که از همه فضاي اشغال شده توسط يک جرم و بيشتر فضاي پيرامون آن شامل مي شود.
دانشمندان محدوده اي که در آن نيروهاي مغناطيسي شناسايي مي شوند(مثلا به وسيله قطب نما) را ميدان مغناطيسي مي نامند. فيزيکدانان خاصيت مغناطيسي يک جرم را بر اساس قدرت ميدان مغناطيسي آن توصيف مي کنند. اين قدرت برابر است با نيرويي که يک ميدان مغناطيسي بر يک جسم مغناطيسي مانند سوزن قطب نما اعمال مي کند. قدرت ميدان مغناطيسي عمومي خورشيد تنها دو برابر قدرت ميدان مغناطيسي زمين مي باشد. ولي ميدان مغناطيسي خورشيد در مناطق کوچکي به شدت متمرکز است، با قدرتي معادل ۳۰۰۰ بار بيشتر از اندازه ميدان مغناطيسي عمومي آن. اين مناطق شکل دهنده ساختمان خورشيد و به وجود آورنده ترکيبات سطح و اتمسفر آن يعني منطقه اي که ما مي بينيم مي باشند. مناطق نسبتا سرد و لکه هاي خورشيدي، فوران هاي بسيار ديدني که به آنها زبانه هاي خورشيدي مي گويند و شعله هاي تاج خورشيد، شکل کلي سطح خورشيد را ايجاد مي نمايند.
زبانه هاي خورشيدي شديدترين انفجار و فوران در منظومه شمسي مي باشند. سپس شعله هاي تاج خورشيد که داراي شدتي کمتر از زبانه ها و محتوي مقدار بسيار زيادي ماده مي باشند. تنها يک فوران در تاج خورشيد مي تواند حدود ۲۰ بيليون تن ماده را در فضا پخش کند. يک مکعب از جنس سرب که هر ضلع آن برابر با ۱.۲ کيلومتر است مي تواند چنين جرمي داشته باشد.
خورشيد ۴.۶ بيليون سال پيش متولد شد و سوخت لازم براي اينکه تا ۵ بيليون سال ديگر به همين صورت باقي بماند را دارد. پس از آن اندازه خورشيد آنقدر بزرگ مي شود تا اينکه به نوعي از ستاره به نام غول سرخ تبديل مي شود. در آن هنگام لايه هاي بيروني خود را با فراافکني از دست مي دهد. با فرو ريختن آنچه از خورشيد باقي مي ماند، به جرمي با نام کوتوله سفيد تبديل مي شود و آرام آرام روشنايي خود را از دست مي دهد و سرانجام وارد دوره جديد زندگي خود، به شکل يک جرم کم نور و سرد که گاهي به آن کوتوله سياه مي گويند، مي شود.
مشخصات خورشيد
جرم و چگالي
جرم خورشيد ۹۹.۸ درصد از جرم کل منظومه شمسي است. اين جرم معادل عدد ۱۰۲۷ X۲ تن مي باشد که با يک ۲ و بيست وهفت صفر مقابل آن نوشته مي شود. جرم خورشيد ۳۳۳.۰۰۰ برابر جرم زمين است. ميانگين چگالي آن حدود ۹۰ پوند در هر فوت مکعب و يا ۱.۴ گرم در هر سانتيمتر مکعب مي باشد. اين مقدار تقريبا معادل ۱.۴ برابر چگالي آب و کمتر از يک سوم ميانگين چگالي زمين است.
ترکيب بندي
بيشتر اتمهاي خورشيد، مانند اغلب ستارگان، اتمهاي عنصر شيميايي هيدروژن مي باشند. بعد از هيدروژن، عنصر هليوم در خورشيد بسيار يافت مي شود و بقيه جرم خورشيد از اتمهاي هفت عنصر ديگر تشکيل شده است. به ازاي هر ۱ ميليون اتم هيدروژن در کل خورشيد، ۹۸.۰۰۰ اتم هليوم، ۸۵۰ اتم اکسيژن، ۳۶۰ اتم کربن، ۱۲۰ اتم نئون، ۱۱۰ اتم نيتروژن، ۴۰ اتم منيزيوم، ۳۵ اتم آهن و ۳۵ اتم سيليکون وجود دارد. بنابراين حدودا ۹۴ درصد از اتمها، هيدروژن و حدود ۰.۱ درصد اتمهايي غير از هيدروژن و هليوم مي باشند.
اما هيدروژن سبک ترين عنصر است و ۷۲ درصد از جرم اين ستاره را تشکيل مي دهد. هليوم ۲۶ درصد از جرم خورشيد را به خود اختصاص داده است.
درون خورشيد و بيشتر اتمسفر آن از پلاسما تشکيل شده است. پلاسما گازي است که دماي آن به قدري زياد است که به نيروي مغناطيسي حساس مي باشد. دانشمندان گاهي به تفاوتهاي بين گاز و پلاسما بسيار تاکيد کرده و پلاسما را حالت چهارم ماده، در کنار سه حالت جامد، مايع و گاز، مي نامند. ولي در حالت کلي، دانشمندان تنها در صورت لزوم بين گاز و پلاسما تفاوت قائلند.
تفاوت اساسي بين گاز و پلاسما متاثر از حرارت بسيار شديد است: اين حرارت باعث جدا شدن اتهاي گاز مي شود. آنچه باقي مي ماند – يعني پلاسما – از اتمهاي باردار به نام يون و ذرات باردار به نام الکترون که به طور مستقل حرکت مي کنند، تشکيل شده است.
يک اتم خنثي شامل يک يا چند الکترون است که مانند يک پوسته در اطراف هسته مرکز اتم عمل مي کنند. هر الکترون حامل يک بار منفي الکتريکي است. هسته در قلب مرکزي يک اتم جاي گرفته است که تقريبا همه جرم اتم را دارد. ساده ترين شکل هسته، که همان هسته هيدروژن است، از يک ذره به نام پروتون تشکيل شده است. يک پروتون حامل يک بار مثبت الکتريکي است. بقيه شکل هاي هسته شامل يک يا چند پروتون و يک يا چند نوترون مي باشند. نوترون بار الکتريکي ندارد بنابراين بار الکتريکي همه هسته ها مثبت است. يک اتم خنثي به تعداد پروتونهايش، الکترون دارد بنابراين مجموع بارهاي آن برابر با صفر است.
يک اتم يا مولکول که يک يا چند الکترون خود را از دست بدهد بار مثبت پيدا مي کند و به آن يون يا يون مثبت مي گويند. بيشتر اتمهاي خورشيد، يونهاي مثبت هيدروژنند. بنابراين، بيشتر خورشيد شامل پروتون و الکترون هاي مستقل است.
مقدار نسبي پلاسما و ديگر گازها در يک منطقه مشخص شده از اتمسفر خورشيد به دماي آن منطقه بستگي دارد. با افزايش دما، اتمهاي بيشتر و بيشتري يونيزه مي شوند و اتم هاي يونيزه شده الکترون هاي بيشتر و بيشتري از دست مي دهند. تاج خورشيد نام منطقه اي از اتمسفر خورشيد است که بيش از هر جاي ديگر در اتمسفر خورشيد، يونيزه شده است. دماي تاج خورشيد معمولا بين ۳ ميليون K تا ۵ ميليون K يعني دمايي فراتر از دماي لازم براي جدا کردن بيش از نيمي از ۲۶ الکترون اتم آهن مي باشد.
اينکه چه اندازه از اتم هاي يک گاز اتمهاي يونيزه هستند بستگي به دما دارد. اگر دما نسبتا داغ باشد، اتمها يونيزه مي شوند اما چنانچه گاز نسبتا سرد باشد امکان ترکيب شيميايي اتمها و تشکيل مولکول به وجود مي آيد. بيشتر اتمهاي سطح خورشيد يونيزه شده اند. ولي در مناطق لکه هاي خورشيدي به دليل پائين بودن دما، اتمها تشکيل مولکول مي دهند.
انرژي بازده
بيشتر انرژي که خورشيد ساطع مي کند نور مرئي و اشعه هاي فروسرخ که ما آن را به صورت گرما دريافت مي کنيم، مي باشد. نور مرئي و پرتوهاي فروسرخ، دو شکل از پرتوهاي الکترومغناطيسي مي باشند. خورشيد همچنين پرتوهايي از ذرات که بيشتر پروتون ها و الکترون ها مي باشند را ساطع مي نمايد.
پرتوهاي الکترومغناطيسي
پرتوهاي الکترومغناطيسي شامل نيروي الکتريکي و نيروي مغناطيسي مي باشند. اين پرتوها را مي توان مانند يک موج انرژي و يا بسته هاي ذره مانندي از انرژي به نام فوتون دانست.
نور مرئي، اشعه فروسرخ و ديگر اشکال پرتوهاي الکترومغناطيسي از حيث مقدار انرژي با هم متفاوتند. شش گروه از انرژي ها، طيف انرژي هاي الکترومغناطيس را تشکيل مي دهند. از کم انرژي ترين تا پر انرژي ترين به ترتيب عبارتند از: امواج راديويي، اشعه فروسرخ، نور مرئي، اشعه فرا بنفش، اشعه ايکس و اشعه گاما. مايکروويو ها، که موج هاي بسيار قوي راديوئي هستند، گاهي در يک رده ديگر به طور مجزا قرار مي گيرند. پرتوهاي خورشيد شامل همه پرتوهاي طيف الکترومغناطيس مي باشند.
مقدار انرژي در امواج الکترومغناطيس ارتباط مستقيم با طول موج* يعني فاصله بين قله هاي پياپي آنها دارد.(*براي درک بهتر از معني طول موج تصور کنيد،حشره اي در آب يک حوض آرام دست و پا مي زند و امواجي دايره اي به سمت حاشيه هاي اطراف حوض منتشر مي شوند. به بلندترين قسمت هر موج دايره شکل “قله” مي گويند. فاصله ميان هر دو قله “طول موج” ناميده مي شود. شمار قله هايي که در هر ثانيه به حاشيه حوض مي رسند “فرکانس” نام دارد. هر چه فرکانس بيشتر باشد، طول موج کوتاه تر است). هرچه انرژي پرتو بيشتر باشد، طول موج کوتاهتر است. براي مثال پرتوهاي گاما طول موجي کوتاهتر از امواج راديوئي دارند. انرژي يک ذره فوتون بستگي به مکان آن در طيف دارد. براي مثال يک فوتون اشعه گاما انرژي بيشتري از يک فوتون راديوئي دارد.
همه اشکال امواج الکترومغناطيس با سرعت برابر، معادل سرعت نور (۲۹۹.۷۹۲ کيلومتر در ثانيه) در فضا سفر مي کنند. با اين سرعت، يک فوتون آزاد شده از خورشيد تنها حدود ۸ دقيقه طول مي کشد تا به زمين برسد.
امواج الکترومغناطيسي که از خورشيد به بالاي اتمسفر زمين مي رسند ثابت خورشيدي نام دارند. اين مقدار برابر است با حدود ۱۳۷۰ وات در هر متر مربع. ولي تنها حدود ۴۰ درصد از اين امواج به سطح زمين مي رسند. اتمسفر زمين مقداري از نور مرئي و اشعه فروسرخ، تقريبا همه پرتوهاي فرابنفش و تمامي پرتوهاي ايکس و گاما را فيلتر مي کند. تقريبا همه امواج راديويي به سطح زمين مي رسند.
پرتوهاي ذرات
پروتون ها و الکترون ها دائما مانند بادهاي خورشيدي از سطح خورشيد بلند مي شوند. اين ذرات به زمين بسيار نزديک مي شوند ولي ميدان مغناطيسي زمين مانع از ورود آنها به سطح زمين مي شود.
به هر حال به دليل انفجارها و گدازه هاي تاج و زبانه هاي خورشيدي، ذرات زيادي با شدت به اتمسفر زمين مي رسند. اين ذرات را به نام پرتوهاي کيهاني خورشيدي مي شناسند. بيشتر اين ذرات پروتون ها هستند ولي الکترون ها نيز در آنها وجود دارند. آنها به شدت پر انرژيند. بنابراين مي توانند براي فضانوردها و کاوشگرها خطرآفرين باشند.
پرتوهاي کيهاني نمي توانند به سطح زمين برسند. هنگاميکه آنها با اتمسفر زمين برخورد مي کنند، تبديل به باراني از ذرات کم انرژي تر مي شوند. ولي از آنجائيکه رويدادهاي خورشيدي بسيار پر انرژي هستند، آنها مي توانند طوفانهاي ژئومگنتيک را، بويژه در ميدان مغناطيسي زمين به وجود آورند. اين طوفانها مي توانند باعث مختل شدن تجهيزات الکتريکي در سطح زمين شوند. براي مثال آنها مي توانند با افزايش فشار بار کابلها منجر به قطع برق شوند.
رنگ
در طيف پرتوهاي الکترومغناطيس، نور مرئي متشکل از رنگهاي موجود در رنگين کمان مي باشد. نور خورشيد شامل همه اين رنگها است. بيشتر پرتوهايي که از خورشيد به ما مي رسند رنگهاي زرد تا سبز از طيف نور مرئي مي باشند. در هر صورت نور خورشيد سفيد است. هنگاميکه اتمسفر زمين مانند يک فيلتر براي تنظيم خورشيد عمل مي کند، خورشيد ممکن است زرد يا نارنجي به نظر رسد.
شما مي توانيد نور خورشيد را به کمک يک منشور نگاه کرده و آن را تفکيک کنيد. نور قرمز، که توسط کم انرژي ترين فوتون ها، با بلندترين طول موج، به وجود مي آيد در يکي از دو انتهاي طيف قرار مي گيرد. نور قرمز در نور نارنجي و سپس زرد محو مي شود. پس از زرد، نور سبز و بعد از آن آبي را خواهيد ديد. آخرين رنگ نيز بنفش مي باشد که با پر انرژي ترين فوتون ها و کوتاه ترين طول موج، به وجود مي آيد. اين فهرست رنگ به اين معنا نيست که نور خورشيد تنها از شش يا هفت رنگ تشکيل شده بلکه هر يک از رنگ هاي مابين رنگهاي مذکور، خود يک رنگ به حساب مي آيد. تعداد رنگهاي موجود در طبيعت از تعداد رنگهاييکه انسان تابه حال نامگذاري کرده بسيار بيشتر است.
چرخش خورشيد
خورشيد تقريبا در هر ماه يک دور کامل به دور خود مي چرخد. ولي از آنجائيکه خورشيد يک جرم گازيست نه يک جرم جامد، قسمتهاي مختلف آن با سرعت متفاوت حرکت مي کند. گازهاي نزديک به خط استواي خورشيد در هر ۲۵ روز يک دور کامل حرکت مي کنند، در حاليکه گردش کامل گازهاي موجود در عرضهاي جغرافي بالاتر ۲۸ روز به طول مي انجامد. محور گردش خورشيد با چند درجه شيب نسبت به محور گردش زمين قرار گرفته است بنابراين قطب جغرافي شمال يا قطب جغرافي جنوب آن معمولا از زمين قابل رويت است.
ارتعاش
ارتعاشات خورشيد مانند زنگيست که دائم در حال نواخته شدن است. خورشيد در آن واحد بيشتر از ۱۰ ميليون درجه صوت مختلف ايجاد مي کند. ارتعاشات گازهاي خورشيدي از نظر مکانيکي شبيه به ارتعاشات هوا، که آنها را با نام امواج صوتي* مي شناسيم، مي باشند. از اين رو ستاره شناسان امواج خورشيدي را به رغم اينکه نمي شنويم، مانند امواج صوتي مي دانند. سريعترين ارتعاش خورشيدي حدود ۲ دقيقه به طول مي انجامد. مدت زمان يک ارتعاش مقدار زمان لازم براي کامل شدن يک حلقه يا سيکل از ارتعاش است. آرام ترين ارتعاشي که گوش انسان قادر به تشخيص آن مي باشد مدت زماني معادل ۲۰ ۱ ثانيه دارد.
بيشتر امواج صوتي خورشيد از “سلولهاي حرارتي” موجود در توده هاي متراکم گاز در اعماق خورشيد سرچشمه مي گيرند. (*هوا داراي خاصيت ارتجاعي مي‌باشد هنگامي که يک لايه از مولکولهاي هوا به جلو رانده مي‌شود، اين لايه به نوبه خود لايه ديگري را به جلو مي‌راند و خود به حال اول بر مي‌گردد. لايه جديدي نيز لايه ديگري را به جلو مي‌راند و به همين ترتيب اين عمل بارها و بارها تکرار مي‌گردد تا انرژي به پايان برسد. اين جابجايي مولکولها اگر بيش از ۱۶ مرتبه در ثانيه تکرار ‌گردد صدا بوجود مي‌آيد. هر رفت و برگشت لايه هوا يک سيکل نام دارد و تعداد سيکل در ثانيه تواتر يا بسامد يا فرکانس ناميده مي‌شود).اين سلولها انرژي را تا سطح خورشيد بالا مي آورند. بالا آمدن اين سلولها مانند بالا آمدن بخار از آب در حال جوشيدن است. واژه سلولهاي حرارتي به همين دليل به آنها اطلاق مي گردد. هنگاميکه سلولها بالا مي آيند، سرد مي شوند. آنگاه به درون خورشيد جائيکه بالا آمدن از آنجا آغاز مي شود باز مي گردند. در هنگام سقوط و پائين رفتن سلولهاي حرارتي ارتعاش شديدي به وجود مي آيد. اين ارتعاش باعث مي شود که امواج صوتي از درون سلولها خارج شوند.
از آنجائيکه اتمسفر خورشيد غلظت کمي دارد، امواج صوتي نمي توانند در آن به حرکت و جريان درآيند. در نتيجه، وقتي که يک موج به سطح مي رسد مجددا به درون خورشيد بر ميگردد. بنابراين قسمت کوچکي از سطح خورشيد حرکت تند و سريعي به بالا و پائين پيدا مي کند. وقتي يک موج به درون خورشيد سفر مي کند، به سمت بالا و سطح آن خم مي شود. مقدار انحناي موج بستگي به چگالي گازي که موج درون آن حرکت ميکند و مواردي ديگر دارد. در نهايت، موج به سطح مي رسد و دوباره به درون بر مي گردد. اين رفت و آمدها تا آنجا که موج انرژي خود را در گازهاي پيرامون از دست بدهد، ادامه خواهد داشت.
امواجي که به عميق ترين فاصله از سطح خورشيد فرو مي روند طولاني ترين مدت را دارند. برخي از اين امواج تا هسته خورشيد فرو مي روند و مدتي معادل چندين ساعت دارند.
ميدان مغناطيسي
گاهي اوقات، ميدان مغناطيسي خورشيد به شکلي ساده و گاهي به شدت پيچيده است. زماني ميدان مغناطيسي شکلي ساده دارد که محور عمودي خورشيد مانند يک آهن رباي غول پيکر عمل کند. شما با انجام آزمايش براده آهن بر روي کاغذ و يک آهن ربا مي توانيد شکل ميدان مغناطيسي آهن ربا را مشاهده کنيد. بيشتر براده ها در حلقه هاي D شکلي که دو سر آهن ربا را به هم وصل مي کنند تجمع مي نمايند. فيزيکدانان ميدان مغناطيسي را به صورت خطوطي فرضي که حلقه هاي براده آهن بر روي آنها قرار مي گيرند ، فرض مي نمايند. به اين خطوط ، خطوط ميدان مغناطيسي يا خطوط نيرو مي گويند. دانشمندان به اين خطوط، مسير اختصاص داده اند. به يک سر آهن ربا قطب شمال مغناطيسي و به سر ديگر قطب جنوب مغناطيسي اطلاق مي گردد. خطوط مغناطيسي از قطب شمال آهن ربا بيرون مي آيند و با ايجاد يک خميدگي از ناحيه قطب جنوب مغناطيسي وارد آهن ربا مي شوند.
دليل ايجاد ميدان مغناطيسي خورشيد انتقال حرارتي در خورشيد است. هر ذره باردار الکتريکي مي تواند با حرکت و جابجايي يک ميدان مغناطيسي به وجود آورد. سلولهاي حرارتي که از يونهاي مثبت و الکترون ها تشکيل شده اند، به شکلي منتشر مي گردند که باعث ايجاد ميدان مغناطيسي خورشيد مي شود.
وقتي ميدان مغناطيسي خورشيد پيچيده مي شود، خطوط مغناطيسي دچار پيچ و تاب مي شوند. ميدان مغناطيسي به دو دليل اين چرخش ها و پيچيدگي ها را به وجو مي آورد: اول اينکه خورشيد در منطقه استوايي بسيار سريع تر از قسمتهاي ديگر حرکت مي کند و دوم اينکه لايه هاي دروني خورشيد بسيار سريع تر از سطح آن در گردشند. تفاوت در سرعت گردش در قسمتهاي مختلف باعث کشيده شدن خطوط مغناطيسي در جهت شرق مي شوند. در نهايت، اين خطوط دچار اعوجاج گشته و پيچ و تاب هايي را ايجاد مي نمايند.
در برخي مناطق، ميدان مغناطيسي هزاران بار قوي تر از ميدان مغناطيسي عمومي خورشيد است. در اين مناطق، دسته هايي از خطوط مغناطيسي به بيرون از سطح آمده و حلقه هايي را در اتمسفر خورشيد به وجود مي آورند. يکي از دو سر اين حلقه ها، قطب شمال مغناطيسي است. در اين نقطه جهت خطوط مغناطيسي به سمت بالا مي باشد. سر ديگر اين حلقه ها قطب جنوب مغناطيسي است و جهت خطوط مغناطيسي به سمت پائين و داخل خورشيد است. در هر دو سر هر حلقه يک لکه خورشيدي پديدار مي گردد. خطوط مغناطيسي، يونها و الکترونها را به سمت بيرون لک هاي خورشيدي راهنمايي مي کنند و به اين صورت حلقه هايي غول پيکر از گاز تشکيل مي شوند.
تعداد لکه ها بر روي خورشيد به اعوجاج هاي ميدان مغناطيسي آن بستگي دارد. تغيير تعداد آنها، از حداقل به حداکثر و دوباره به حداقل، چرخه لکه هاي خورشيدي ناميده مي شود. ميانگين مدت يک چرخه حدود ۱۱ سال مي باشد.
در پايان هر چرخه از لکه هاي خورشيدي، ميدان مغناطيسي به سرعت دچار جابجايي قطبي مي شود و بسياري از اعوجاج هاي خود را از دست مي دهد. فرض کنيد که قطب شمال مغناطيسي خورشيد در آغاز يک چرخه در ناحيه قطب شمال جغرافيايي خورشيد قرار دارد. در زمان شروع چرخه بعدي، قطب شمال مغناطيسي خورشيد در محل قطب جنوب جغرافيايي آن قرار مي گيرد. يک تغيير قطبي از يک جهت به جهتي ديگر و بازگشت مجدد آن برابر با دو چرخه پياپي و درنتيجه معادل ۲۲ سال مي باشد.
ترکيب هسته اي
ترکيب هسته اي در مرکز خورشيد به دليل دما و تراکم فوق العاده زياد مي تواند صورت پذيرد. از آنجائيکه بار ذرات مثبت است، تمايل به دفع يکديگر دارند اما دما و تراکم هسته خورشيد به قدري زياد است که مي تواند آنها را در کنار يکديگر نگاه دارد.
رايج ترين ترکيب هسته اي در مرکز خورشيد زنجيره پروتون-پروتون نام دارد. اين فرايند زماني انجام مي گيرد که ساده ترين شکل از هسته هاي هيدروژن (داراي يک پروتون) در يک آن کنار هم قرار مي گيرند. نخست، هسته اي متشکل از دو ذره به وجود مي آيد، سپس هسته اي با سه ذره و در نهايت هسته اي با چهار ذره شکل مي گيرد. در اين فرايند همچنين يک ذره الکتريکي خنثي به نام نوترينو پديدار مي گردد.
هسته نهايي شامل دو پروتون و دو نوترون است که در واقع هسته هليوم مي باشد. جرم اين هسته به مقدار بسيار اندکي کمتر از جرم چهار پروتونيست که هسته از آن تشکيل شده است. جرم از دست رفته به انرژي تبديل شده است. اين مقدار از انرژي به کمک فرمول مشهور فيزيکدان آلماني، آلبرت اينشتين، E=mc۲ قابل محاسبه است. در اين معادله E به معناي انرژي، m به معناي جرم و c به معناي سرعت نور مي باشد.
مقايسه با ديگر ستارگان
کمتر از ۵ درصد ستارگان در کهکشان راه شيري نوراني تر يا سنگين تر از خورشيد مي باشند. ولي برخي از ستارگان بيش از ۱۰۰.۰۰۰ برابر نوراني تر از خورشيد، و برخي از آنها جرمي بيش از ۱۰۰ برابر جرم خورشيد را دارند. از سويي ديگر، برخي ستارگان نيز کمتر از ۰۰۰۱ ۰ خورشيد نور دارند، و يک ستاره مي تواند کمتر از ۰۷ ۰ جرم خورشيد را داشته باشد. ستاره هاي داغ تري وجود دارند که بسيار آبي تر از خورشيدند و ستارگان سردتري نيز وجود دارند که سرخ تر از خورشيد هستند.
خورشيد نسبتا جوان و متعلق به نسلي از ستارگان به نام “جمعيت I ستارگان” مي باشد. يک نسل قديمي تر از ستارگان را با نام “جمعيت II ستارگان” مي شناسيم. احتمال وجود نسلي قديمي تر به نام “جمعيت III ستارگان” نيز وجود دارد که البته تا کنون هيچ عضوي از اين گروه شناسايي نشده است.
مناطق خورشيد
خورشيد و اتمسفر آن از چندين منطقه يا لايه تشکيل شده اند. از داخل به خارج، بخش داخلي خورشيد متشکل از هسته، منطقه تابشي و منطقه حرارتي مي باشد.
اتمسفر خورشيد نيز از لايه هاي فوتوسفر، کرومسفر، منطقه انتقالي و تاج خورشيد تشکيل شده است. فراتر از تاج خورشيد، بادهاي خورشيدي، که معمولا جريانات برخواسته از گازهاي تاج خورشيد مي باشند، وجود دارند.
از آنجائيکه ستاره شناسان قادر به ديدن درون خورشيد نيستند، کليه دريافت ها به صورت غير مستقيم حاصل مي گردد. برخي از اطلاعات بر اساس قسمتهاي قابل مشاهده از خورشيد به دست آمده اند. برخي از اين اطلاعات نيز بر پايه محاسبات انجام شده با داده هايي از مناطق قابل رويت پيرامون خورشيد ثبت گرديده است.
هسته
center
منطقه هسته از مرکز خورشيد تا حدود يک چهارم به سمت سطح خورشيد گسترده شده است. هسته حدود ۲ درصد از حجم خورشيد اما تقريبا نصف جرم آن را دارد. حداکثر دماي اين منطقه ۱۵ ميليون کلوين است. چگالي آن به ۱۵۰گرم در هر سانتيمتر مکعب، تقريبا ۱۵ برابر چگالي سرب، مي رسد.
دما و چگالي بالاي هسته به سبب فشار بسيار زيادي، معادل حدودا ۲۰۰ بيليون بار بيشتر از فشار جو زمين در سطح دريا، مي باشد. فشار زياد هسته با در بر گرفتن همه گازهاي خورشيد، مانع از فروپاشي آن مي شود. در واقع هسته با داشتن اين فشار زياد، وزن خورشيد را تحمل ميکند.
تقريبا همه ترکيبات اتمي در اين منطقه صورت مي گيرند. مانند ساير قسمتهاي خورشيد، هسته آن نيز، بر اساس جرم، از ۷۲ درصد هيدروژن، ۲۶ درصد هليوم و ۲ درصد عناصر سنگين تر تشکيل شده است. ترکيبات اتمي به تدريج محتويات هسته را تغيير داده اند. در حال حاضر ۳۵ درصد از جرم هيدروژن در قسمتهاي مرکزي هسته و ۶۵ درصد آن در مرزهاي بيروني هسته متمرکزند.
منطقه تابشي
پيرامون هسته، پوسته ضخيمي به نام منطقه تابشي وجود دارد. ضخامت اين پوسته تا ۷۰ درصد از شعاع خورشيد پيش رفته است. اين منطقه ۳۲ درصد از حجم و ۴۸ درصد از جرم آن را شامل مي شود.
اين منطقه به دليل اينکه انرژي غالبا در اين جا به صورت نور و تشعشع سفر مي نمايد، منطقه تابشي نام گرفته است. فوتون هاي به وجود آمده در هسته از ميان لايه هاي پايدار گاز عبور مي کنند. اما آنها به خاطر غلظت شديد ذرات گاز دچار پراکندگي شده و گاهي مدت ۱ ميليون سال طول مي کشد که يک فوتون از اين منطقه گذر کند.
در پايين منطقه تابشي، چگالي معادل ۲۲ گرم در هر سانتيمتر مکعب (حدودا دو برابر چگالي سرب) و دما ۸ ميليون K مي باشد. در بالاي منطقه تابشي، چگالي معادل ۰.۲ گرم در هر سانتيمتر مکعب و دما ۲ ميليون K است.
ترکيبات عناصر در منطقه تابشي از زمان تولد خورشيد تا به امروز به همين شکل باقي مانده است. درصد عناصر در بالاي منطقه تابشي بسيار شبيه به سطح خورشيد ميباشد.
منطقه حرارتي
بالاترين لايه دروني خورشيد، منطقه حرارتي، از منطقه تابشي تا سطح خورشيد کشيده شده است. اين منطقه از سلول هاي حرارتي در حال جوش تشکيل شده است که ۶۶ درصد از حجم خورشيد و تنها کمي بيش از ۲ درصد جرم آن را به خود اختصاص داده است. در بالاي منطقه، چگالي نزديک به صفر و دما حدود ۵۸۰۰ K مي باشد. از آنجا که فوتون هاي خارج شده از منطقه تابشي باعث داغ شدن سلولهاي حرارتي مي گردند، اين سلولها به سمت سطح خورشيد در جوش و التهابند.
ستاره شناسان تا کنون دو نوع از سلولهاي حرارتي را مشاهده کردند. سلولهاي دانه اي (granulation) و سلولهاي ريز دانه اي (supergranulation). سلولهاي دانه اي حدود ۱۰۰۰ کيلومتر و سلولهاي ريزدانه اي در منطقه اي باضخامت تقريبي۳۰۰۰۰ کيلومتر مي باشند.
فوتوسفر
پايين ترين لايه اتمسفر خورشيد فوتوسفر نام دارد. اين منطقه نوري را که ما مي بينيم متساطع مي نمايد. ضخامت فوتوسفر ۵۰۰ کيلومتر است. ولي بخش اعظم نوري که ما مشاهده مي کنيم از پايين ترين قسمتهاي اين منطقه که ضخامت آن تنها حدود ۱۵۰ کيلومتر است ناشي مي شود. ستاره شناسان گاهي اين قسمت را، سطح خورشيد مي دانند. در پايين فوتوسفر دما ۶۴۰۰K و در بالاي آن ۴۴۰۰K مي باشد.
فوتوسفر از شمار زيادي دانه تشکيل شده که در بالاي سلولهاي دانه اي قرار دارند. يک دانه معمولي حدو ۱۵ تا ۲۰ دقيقه عمر مي کند. ميانگين چگالي فوتوسفر کمتر از يک ميليونيم گرم در هر سانتيمتر مکعب مي باشد. به نظر مي رسد که اين مقدار چگالي بسيار ناچيز است اما در هر سانتيمتر مکعب از اين منطقه بين ده ها تريليون تا صدها تريليون ذرات خاص وجود دارند.
کرومسفر
منطقه بعدي کرومسفر است. مهمترين خصوصيت اين منطقه افزايش دما بين ۱۰.۰۰۰K تا ۲۰.۰۰۰K مي باشد.
ستاره شناسان نخست طيف کرومسفر را در هنگام کسوف هاي کامل شناسايي کردند. اين طيف پس از آنکه ماه فوتوسفر را مي پوشاند، قبل از پوشيده شدن کرومسفر در سايه ماه، قابل رويت است. اين حالت تنها چند ثانيه به طول مي کشد. خطوطي که از اين طيف منتشر مي شوند مانند نور فلش به طور ناگهاني به چشم مي خورند، از اين رو به اين طيف، طيف فلش مي گويند.
کرومسفر ظاهرا از تشکيلاتي شبيه ميخ به نام “خار” ساخته شده است. يک خار معمولي حدود ۱۰۰۰ کيلومتر عرض و تا ۱۰.۰۰۰ کيلومتر ارتفاع دارد. چگالي کرومسفر حدود ۱۰ بيليون تا ۱۰۰ بيليون ذره در هر سانتيمتر مکعب است.
منطقه انتقالي
دماي کرومسفر تا حدود ۲۰.۰۰۰K ، و دماي تاج خورشيد به بيش از ۵۰۰.۰۰۰K مي رسد. بين دو منطقه مذکور، منطقه اي با ميانگين دما وجود دارد که به آن منطقه انتقالي مي گويند. اين منطقه بيشتر انرژي خود را از تاج خورشيد مي گيرد و بيشتر نور خود را به شکل فرابنفش متساطع مي نمايد.
ضخامت منطقه انتقالي چند صد تا چندين هزار کيلومتر است. در برخي قسمتها، خارهاي کرومسفر که نسبتا سرد شده اند سر بر افراشته و به اتمسفر خورشيد مي رسند. در برخي قسمتها نيز ترکيبات داغ تاج خورشيد تا نزديکي فوتوسفر فرو مي رود.
تاج خورشيد
تاج خورشيد بخشي از اتمسفر آن است و دمايي متجاوز از ۵۰۰.۰۰۰K دارد. تاج خورشيد متشکل از گازهاي يونيزه شده به شکل رود و يا حلقه اي مي باشد. ترکيبات و ساختمان تاج خورشيد به صورت عمودي به سطح آن متصل است و ميادين مغناطيسي که از اعماق خورشيد ساطع مي گردند منجر به شکل گيري اين منطقه مي شوند. دماي هر يک از جريانات تاج خورشيد به خطوط ميدان مغناطيسي شکل دهنده همان جريان بستگي دارد.
دماي نزديک ترين بخش از تاج خورشيد به سطح آن حدودا بين ۱ تا ۶ ميليون K و چگالي آن معادل ۱۰۰ ميليون تا ۱ بيليون ذره در هر سانتيمتر مکعب مي باشد. دماي اين منطقه هنگام وقوع يک فوران به ده ها ميليون کلوين مي رسد.
بادهاي خورشيدي
تاج بسيار داغ خورشيد در فضا منتشر و دائم در آن گسترده مي شود. به جريان گازهاي تاج خورشيد در فضا، بادهاي خورشيدي مي گويند. چگالي اين بادها در نزديکي خورشيد تقريبا بين ۱۰ تا ۱۰۰ ذره در هر سانتيمتر مکعب مي باشد.
باد خورشيدي با سرعتي معادل صدها کيلومتر در ثانيه از خورشيد به هر سوي مي وزد. در فواصل زيادي از خورشيد يعني فراتر از مدار پلوتو، از سرعت اين باد که مافوق صوت مي باشد، کاسته مي شود و با گازهاي ميان ستاره اي ترکيب مي گردد.
بادهاي خورشيدي به شکل يک حباب بزرگ شبيه به قطره اشک به نام هليوسفر، در فضاي ميان سياره اي گسترده شده است. خورشيد و همه سياره هاي آن درون هليوسفر مي باشند. فراتر از مدار پلوتو، دورترين سياره از خورشيد، هليوسفر به گازها و غبارهاي ميان ستاره اي مي پيوندد. گرچه اتمهاي موجود در فضاي بين ستاره اي مي توانند در اين حباب نفوذ نمايند اما در واقع مي توان گفت که همه مواد تشکيل دهنده هليوسفر از خود خورشيد ناشي مي شوند.
فعاليت هاي خورشيدي
ميدان هاي مغناطيسي خورشيد از منطقه حرارتي، بالا رفته و از ميان مناطق فوتوسفر، کرومسفر و تاج خورشيدي سر بر مي آورند. اين جريانات مغناطيسي منجر به شکل گيري فعاليت هاي خورشيدي مي گردند. اين فعاليت ها شامل پديده هايي به نام لکه هاي خورشيدي، شعله هاي بلند، زبانه ها و فوران هاي تاج خورشيد مي باشند.
زبانه هاي خورشيدي
زبانه هاي خورشيدي انفجارهاي مهيبي در سطح خورشيد مي باشند. در مدت زماني معادل چند دقيقه يک زبانه مي توانند دماي مواد موجود را تا ميليون ها درجه افزايش دهد و انرژيي آزاد نمايد که معادل انرژي آزاد شده توسط يک هزار بيليون تن TNT مي باشد. اين انفجارها در نزديکي لکه هاي خورشيدي، معمولا در راستاي خطوطي بين دو سر ميدان مغناطيسي رخ مي دهند.
زبانه ها انرژي را به اشکال گوناگوني مانند پرتوهاي الکترومغناطيس (پرتوهاي گاما و ايکس) و ذرات باردار (پروتون و الکترون) آزاد مي کنند.
دانشمندان براي نخستين بار به اين نتيجه رسيدند که زبانه ها و فوران هاي خورشيدي لرزه هايي را در اعماق خورشيد به وجود مي آورند که بسيار شبيه به زمين لرزه در سياره ما مي باشند. محققان زبانه اي را مشاهده نمودند که منجر به وقوع لرزه اي بسيار شديد در اعماق خورشيد گرديد. اين لرزه ۴۰ هزار بار بيشتر از زمين لرزه شديد سانفرانسيسکو در سال ۱۹۰۶ انرژي آزاد نمود. مقدار اين انرژي آزاد شده به حدي بود که مي توانست برق مصرفي ايالات متحده را تا مدت ۲۰ سال تامين نمايد.
مناطقي که لکه هاي خورشيدي و فوران ها در آنها شکل مي گيرند، مناطق فعال ناميده مي شوند. مقدار فعاليت هاي خورشيدي از ابتداي يک چرخه لکه خورشيدي، به تدريج افزايش مي يابد و با گذشت پنج سال به حداکثر مي رسد. تعداد لکه ها در هر زمان متفاوت است. در قسمتي از صفحه خورشيد که ما مي بينيم، تعداد آنها از صفر تا ۲۵۰ لکه تغيير مي کند.
لکه هاي خورشيدي
لکه ها ي خورشيدي مناطقي تيره و تقريبا دايره اي شکل در سطح خورشيد مي باشند. آنها زماني شکل مي گيرند که دسته اي از خطوط مغناطيسي درون خورشيد به سطح آن مي رسند.
دماي لکه ها از دماي مناطق اطرافشان کمتر و ميدان مغناطيسي در آنها بسيار قوي است. دماي لکه هاي خورشيدي بين ۴۰۰۰ تا ۴۵۰۰ کلوين و دماي سطح خورشيد ۵۷۰۰ کلوين است. به همين دليل آنها تيره تر از سطح ستاره به نظر مي رسند.
داده هاي رصدي از دهه ۸۰ قرن بيستم نشان مي دهند که تعداد لکه هاي خورشيدي با شدت تابش خورشيد مرتبط است. جالب اين که هر چه تعداد لکه ها بيشتر باشد، شدت تابش نور خورشيد بيشتر است، چون که مناطق اطراف لکه ها درخشان تر اند.
ابرنواختر ستاره اي در حال انفجار مي باشد که مي تواند بيليون ها بار درخشان تر از خورشيد باشد، پيش از آنکه به تدريج محو شود. در هنگام درخشندگي، نور يک ستاره منفجر شده مي تواند همه يک کهکشان را تحت الشعاع قرار دهد. اين انفجار، ابر عظيمي از گاز و غبار را در فضا ايجاد مي نمايد. جرم مواد موجود در اين ابرها مي تواند متجاوز از ۱۰ برابر جرم خورشيد باشد.
ستاره شناسان دو نوع از ابرنواختر ها را شناسايي کرده اند. نوع اول و نوع دوم. نوع اول ابرنواخترها احتمالا در ستاره هاي دوتايي شکل مي گيرند. ستاره دوتايي به يک جفت ستاره اطلاق مي گردد که به هم نزديکند و دور يکديگر مي چرخند. نوع اول احتمالا در دوتايي هايي رخ مي دهد که يکي از آنها يک ستاره کوچک و متراکم به نام کوتوله سفيد است. اگر اين دو ستاره به اندازه کافي به يکديگر نزديک باشند، جاذبه کوتوله سفيد اجرام و ذرات ستاره همراه خود را به سمت خود مي کشد. هنگاميکه کوتوله سفيد به جرمي معادل ۴ ۱ برابر جرم خورشيد رسيد، متلاشي و منفجر مي گردد.
نوع دوم ابرنواختر در اثر مرگ يک ستاره بسيار بزرگتر از خورشيد شکل مي گيرد. زمانيکه چنين ستاره اي به آخر عمر خود مي رسد، هسته آن به سرعت متلاشي مي گردد. حجم بينهايت زيادي انرژي ناگهان به شکل نوترون (نوعي از ذرات تشکيل دهنده اتم) و پرتوهاي الکترومغناطيس (نيروهاي الکتريکي و مغناطيسي) آزاد مي شود. اين انرژي باعث تبديل ستاره به ابرنواختر مي گردد.
بيشتر ابرنواختر ها در چند روز نخست شکل گيري به حداکثر درخشندگي مي رسند و تا چندين هفته درخشندگي آنها ادامه خواهد داشت. با گذشت چند ماه درخشندگي آنها کم مي شود. و در طي سالها همچنان از درخشندگي آنها کاسته مي گردد. تفاوت ديگر ابرنواختر ها در مقدار و ترکيب مواديست که به فضا خارج مي کنند.
ابرنواختر ها همچنين مي توانند اجرام گوناگوني را بر جاي بگذارند. پس از برخي از انفجارهاي ابرنواختر، ستاره اي کوچک و متراکم متشکل از نوترون ها و يا شايد ذرات بنيادي کوارک بر جاي مانده است. به چنين ستاره اي ستاره نوتروني مي گويند. به ستاره هاي نوتروني که به سرعت مي چرخند و به شدت مغناطيسي باشند، اصطلاحا تپ اختر مي گويند. پس از برخي انفجارها ممکن است جرم نامرئي به نام سياهچاله ايجاد گردد. سياهچاله چنان گرانشي دارد که حتي نور نيز مني تواند از آن عبور کند.
دانشمندان بر اين باورند که ابرنواخترها به وجود آرندگان عناصر سنگيني چون آهن، طلا و اورانيوم که در زمين و اجرام منظومه شمسي يافت شده اند مي باشند.
در سال ۱۰۵۴ ستاره شناسان چيني ابرنواختري را ثبت کردند که در تمام طول روز درخشش آن پيدا بود. اين انفجار از خود يک تپ اختر و سحابي کراب که همچنان قابل رصد است را بر جاي گذاشت.
در سال ۱۹۸۷، يک ابرنواختر در ابر ماژلاني، نزديک ترين کهکشان به راه شيري، مشاهده شد. در طي ۴۰۰ سال اين اولين ابرنواختري بود که با چشم غير مسلح قابل رويت بود.
جدول آماري خورشيد
جرم (کيلوگرم) ۱.۹۸۹e+۳۰
جرم (زمين =۱) ۳۳۲,۸۳۰
شعاع استوايي (کيلومتر) ۶۹۵,۰۰۰
شعاع استوايي (زمين =۱) ۱۰۸.۹۷
ميانگين چگالي (گرم در سانتيمتر مکعب) ۱.۴۱۰
دوره گردش (روز) ۲۵-۳۶
شتاب گريز از سطح (کيلومتر در ثانيه) ۶۱۸.۰۲
درخشندگي (ارگ* در ثانيه) ۳.۸۲۷e۳۳
ميانگين دماي سطح ۶,۰۰۰°C
سن (بيليون سال) ۴.۵
عناصر اصلي شيميايي ۹۲.۱%
هيدروژن ۷.۸%
هليوم ۰.۰۶۱%
اکسيژن ۰.۰۳۰%
کربن ۰.۰۰۸۴%
نيتروژن ۰.۰۰۷۶%
نئون ۰.۰۰۳۷%
آهن ۰.۰۰۳۱%
سيليکون ۰.۰۰۲۴%
منيزيوم ۰.۰۰۱۵%
گوگرد ۰.۰۰۱۵%
انرژي خورشيدي
خورشيد نه تنها خود منبع عظيم انرژي است، بلکه سرآغاز حيات و منشاء تمام انرژيهاي ديگر است. طبق برآوردهاي علمي در حدود ۶۰۰۰ ميليون سال از تولد اين گوي آتشين مي‌گذرد و در هر ثانيه ۲ ۴ ميليون تن از جرم خورشيد به انرژي تبديل مي‌شود. با توجه به وزن خورشيد که حدود ۳۳۳ هزار برابر وزن زمين است. اين کره نوراني را مي‌توان به‌عنوان منبع عظيم انرژي تا ۵ ميليارد سال آينده به حساب آورد.
قطر خورشيد ۶۱۰ × ۳۹ ۱ کيلومتر است و از گازهايي نظير هيدروژن (۸ ۸۶ درصد) هليوم (۳ درصد) و ۶۳ عنصر ديگر که مهم‌ترين آنها اکسيژن – کربن – نئون و نيتروژن است تشکيل شده‌است.
ميزان دما در مرکز خورشيد حدود ۱۰ تا ۱۴ ميليون درجه سانتيگراد مي‌باشد که از سطح آن با حرارتي نزديک به ۵۶۰۰ درجه و به صورت امواج الکترو مغناطيسي در فضا منتشر مي‌شود.
زمين در فاصله ۱۵۰ ميليون کيلومتري خورشيد واقع است و ۸ دقيقه و ۱۸ ثانيه طول مي‌کشد تا نور خورشيد به زمين برسد. بنابراين سهم زمين در دريافت انرژي از خورشيد حدود از کل انرژي تابشي آن مي‌باشد.
جالب است بدانيد که سوختهاي فسيلي ذخيره شده در اعماق زمين، انرژيهاي باد و آبشار و امواج درياها و بسياري موارد ديگر از جمله نتايج همين مقدار انرژي دريافتي زمين از خورشيد مي‌باشد.
تاريخچه
شناخت انرژي خورشيدي و استفاده از آن براي منظورهاي مختلف به زمان ماقبل تاريخ باز مي‌گردد. شايد به دوران سفالگري، در آن هنگام روحانيون معابد به کمک جامهاي بزرگ طلائي صيقل داده شده و اشعه خورشيد، آتشدانهاي محرابها را روشن مي‌کردند. يکي از فراعنه مصر معبدي ساخته بود که با طلوع خورشيد درب آن باز و با غروب خورشيد درب بسته مي‌شد.
ولي مهم‌ترين روايتي که درباره استفاده از خورشيد بيان شده داستان ارشميدس دانشمند و مخترع بزرگ يونان قديم مي‌باشد که ناوگان روم را با استفاده از انرژي حرارتي خورشيد به آتش کشيد گفته مي‌شود که ارشميدس با نصب تعداد زيادي آئينه‌هاي کوچک مربعي شکل در کنار يکديگر که روي يک پايه متحرک قرار داشته‌است اشعه خورشيد را از راه دور روي کشتيهاي روميان متمرکز ساخته و به اين ترتيب آنها را به آتش کشيده‌است. در ايران نيز معماري سنتي ايرانيان باستان نشان دهنده توجه خاص آنان در استفاده صحيح و مؤثر از انرژي خورشيد در زمان‌هاي قديم بوده‌است.
با وجود به آنکه انرژي خورشيد و مزاياي آن در قرون گذشته به خوبي شناخته شده بود ولي بالا بودن هزينه اوليه چنين سيستمهايي از يک طرف و عرضه نفت و گاز ارزان از طرف ديگر سد راه پيشرفت اين سيستمها شده بود تا اينکه افزايش قيمت نفت در سال ۱۹۷۳ باعث شد که کشورهاي پيشرفته صنعتي مجبور شدند به مسئله تولد انرژي از راههاي ديگر (غير از استفاده سوختهاي فسيلي) توجه جدي‌تري نمايند.
کاربردهاي انرژي خورشيد
در عصر حاضر از انرژي خورشيدي توسط سيستم‌هاي مختلف و براي مقاصد متفاوت استفاده و بهره‌گيري مي‌شود که عبارت‌اند از:
1. استفاده از انرژي حرارتي خورشيد براي مصارف خانگي، صنعتي و نيروگاهي.
2. تبديل مستقيم پرتوهاي خورشيد به الکتريسيته بوسيله تجهيزاتي به نام فتوولتائيک.
[ويرايش] استفاده از انرژي حرارتي خورشيد
يک فروند هواپيماي آزمايشي خورشيدي ناسا
اين بخش از کاربردهاي انرژي خورشيد شامل دو گروه نيروگاهي و غير نيروگاهي ميباشد.
کاربردهاي نيروگاهي
تأسيساتي که با استفاده از آنها انرژي جذب شده حرارتي خورشيد به الکتريسيته تبديل مي‌شود نيروگاه حرارتي خورشيدي ناميده مي‌شود اين تأسيسات بر اساس انواع متمرکز کننده‌هاي موجود و بر حسب اشکال هندسي متمرکز کننده‌ها به سه دسته تقسيم مي‌شوند:
• نيروگاههايي که گيرنده آنها آينه‌هاي سهموي ناوداني هستند (شلجمي باز)
• نيروگاه‌هايي که گيرنده آنها در يک برج قرار دارد و نور خورشيد توسط آينه‌هاي بزرگي به نام هليوستات به آن منعکس مي‌شود. (دريافت کننده مرکزي)
• نيروگاه‌هايي که گيرنده آنها بشقابي سهموي (ديش) مي‌باشد (شلجمي بشقابي)
قبل از توضيح در خصوص نيروگاه خورشيدي بهتر است شرح مختصري از نحوه کارکرد نيروگاه‌هاي توليد الکتريسيته داده شود. بهتر است بدانيم در هر نيروگاهي اعم از نيروگاههاي آبي، نيروگاههاي بخاري و نيروگاههاي گازي براي توليد برق از ژنراتورهاي الکتريکي استفاده مي‌شود که با چرخيدن اين ژنراتورها برق توليد مي‌شود. اين ژنراتورهاي الکتريکي انرژي دوراني خود را از دستگاهي بنام توربين تأمين مي‌کنند. بدين ترتيب مي‌توان گفت که ژنراتورها انرژي جنبشي را به انرژي الکتريکي تبديل مي‌کنند. تأمين کننده انرژي جنبشي ژنراتورها، توربين‌ها هستند توربينها انواع مختلف دارند در نيروگاههاي بخاري توربينهايي وجود دارند که بخار با فشار و دماي بسيار بالا وارد آنها شده و موجب به گردش در آمدن پره‌هاي توربين ميگردد. در نيروگاه‌هاي آبي که روي سدها نصب مي‌شوند انرژي پتانسيل موجود در آب موجب به گردش در آمدن پره‌هاي توربين مي‌شود.
بدين ترتيب مي‌توان گفت در نيروگاههاي آبي انرژي پتانسيل آب به انرژي جنبشي و سپس به الکتريکي تبديل مي‌شود، در نيروگاههاي حرارتي بر اثر سوختن سوختهاي فسيلي مانند مازوت، آب موجود در سيستم بسته نيروگاه داخل ديگ بخار (بويلر) به بخار تبديل مي‌شود و بدين ترتيب انرژي حرارتي به جنبشي و سپس به الکتريکي تبديل مي‌شود در نيروگاههاي گازي توربينهايي وجود دارد که بطور مستقيم بر اثر سوختن گاز به حرکت درآمده و ژنراتور را مي‌گرداند و انرژي حرارتي به جنبشي و سپس به الکتريکي تبديل مي‌شود. و اما در نيروگاههاي حرارتي خورشيدي وظيفه اصلي بخش‌هاي خورشيدي توليد بخار مورد نياز براي تغذيه توربينها است يا به عبارت ديگر مي‌توان گفت که اين نوع نيروگاهها شامل دو قسمت هستند:
• سيستم خورشيدي که پرتوهاي خورشيد را جذب کرده و با استفاده از حرارت جذب شده توليد بخار مي‌نمايد.
• سيستمي موسوم به سيستم سنتي که همانند ديگر نيروگاههاي حرارتي بخار توليد شده را توسط توربين و ژنراتور به الکتريسيته تبديل مي‌کند.
نيروگاههاي حرارتي خورشيد از نوع سهموي خطي
در اين نيروگاهها، از منعکس کننده‌هايي که به صورت سهموي خطي مي‌باشند جهت تمرکز پرتوهاي خورشيد در خط کانوني آنها استفاده مي‌شود و گيرنده به صورت لوله‌اي در خط کانوني منعکس کننده‌ها قرار دارد. در داخل اين لوله روغن مخصوصي در جريان است که بر اثر حرارت پرتوهاي خورشيد گرم و داغ مي‌گردد.
روغن داغ از مبدل حرارتي عبور کرده و آب را به بخار به مدارهاي مرسوم در نيروگاههاي حرارتي انتقال داده مي‌شود تا به کمک توربين بخار و ژنراتور به توان الکتريکي تبديل گردد.
براي بهره‌گيري بيشتر و افزايش بازدهي لوله دريافت کننده سطح آن را با اکسيد فلزي که ضريب بالايي دارد پوشش مي‌دهند و همچنين در محيط اطراف آن لوله شيشه‌اي به صورت لفاف پوشيده مي‌شود تا از تلفات گرمايي و افت تشعشعي جلوگيري گردد و نيز از لوله دريافت کننده محافظت بعمل آيد.
ضمناً بين اين دو لوله خلاء بوجود مي‌آوردند براي آنکه پرتوهاي تابشي خورشيد در تمام طول روز به صورت مستقيم به لوله دريافت کننده برسد.
در اين نيروگاهها يک سيستم ردياب خورشيد نيز وجود دارد که بوسيله آن آينه‌هاي شلجمي دائماً خورشيد را دنبال مي‌کنند و پرتوهاي آن را روي لوله دريافت کننده متمرکز مي‌نمايند.
تغييرات تابش خورشيد در اين نيروگاهها توسط منبع ذخيره و گرمکن سوخت فسيلي جبران مي‌شوند. در چند کشور نظير ايالات متحده آمريکا – اسپانيا – مصر – مکزيک – هند و مراکش از نيروگاه‌هاي سهموي خطي استفاده شده‌است که اين نيروگاهها يا در مرحله ساخت و يا در مرحله بهره‌برداري قرار دارند. در ايران نيز تحقيقات و مطالعاتي در زمينه اين نيروگاهها انجام شده و پروژه يک نيروگاه تحقيقاتي با ظرفيت ۳۵۰ کيلووات توسط سازمان انرژيهاي نو ايران در شيراز در حال انجام مي‌باشد و انتظار مي‌رود تا پايان سال ۸۳ به بهره‌برداري برسد.
کليه مراحل مطالعاتي، طراحي و ساخت اين نيروگاه‌ به طور کامل توسط مختصصين و مهندسان ايراني انجام مي‌پذيرد.
بديهي است که با افزايش ظرفيت فني و علمي که در اثر اجراي پروژه نيروگاه خورشيدي شيراز عابد محققين مجرب ايراني مي‌شود ايران در زمره محدود کشورهاي سازنده نيروگاه‌هاي خورشيد از نو ع متمرکز کننده‌هاي سهموي خطي قرار خواهند گرفت.
نيروگاههاي حرارتي از نوع دريافت کننده مرکزي
در اين نيروگاه‌ها پرتوهاي خورشيدي توسط مزرعه‌اي متشکل از تعداد زيادي آينه منعکس کننده بنام هليوستات بر روي يک دريافت کننده که در بالاي برج نسبتاً بلندي استقرار يافته‌است متمرکز مي‌گردد. در نتيجه روي محل تمرکز پرتوها انرژي گرمايي زيادي بدست مي‌آيد که اين انرژي بوسيله سيال عامل که داخل دريافت کننده در حرکت است، جذب مي‌شود و بوسيله مبدل حرارتي به سيستم آب و بخار مرسوم در نيروگاه‌هاي سنتي منتقل شده و بخار فوق گرم در فشار و دماي طراحي شده براي استفاده در توربين ژنراتور توليد مي‌گردد.
اين سيال عامل در مبدلهاي حرارتي در کنار آب قرار گرفته و موجب تبديل آن به بخار با فشار و حرارت بالا ميگردد. در برخي از سيستم‌ها سيال عامل آب است و مستقيماً در داخل دريافت کننده به بخار تبديل مي‌شود.
براي استفاده دائمي از اين نوع نيروگاه‌ در زماني که تابش خورشيد وجود ندارد مثلاً ساعات ابري يا شبها از سيستم‌هاي ذخيره کننده حرارت و يا احياناً از تجهيزات پشتيباني که ممکن است از سوخت فسيلي استفاده کنند جهت ايجاد بخار براي توليد برق کمک گرفته مي‌شود.
مطالعات و تحقيقات در زمينه فناوري و سيستمهاي اين نيروگاه‌ها ادامه دارد و آزمايشگاهها و مؤسسات متعددي در سراسر دنيا در اين زمينه فعاليت مي‌کنند.
مطالعات ساخت اولين نيروگاه خورشيدي ايران از نوع دريافت کننده مرکزي توسط سازمان انرژيهاي نو ايران و با کمک شرکتهاي مشاور و سازنده داخلي با ظرفيت يک مگاوات و سيال عامل آب و بخار در طالقان جريان دارد. کليه مطالعات اوليه و پتانسيل سنجي و طراحي نيروگاه به انجام رسيده و يک نمونه هليوستات نيز ساخته شده‌است.
نيروگاه‌هاي حرارتي از نوع شلجمي بشقابي
در اين نيروگاهها از منعکس کننده‌هايي که به صورت شلجمي بشقابي مي‌باشد جهت تمرکز نقطه‌اي پرتوهاي خورشيدي استفاده مي‌گردد و گيرنده‌هايي که در کانون شلجمي قرار ميگيرند به کمک سيال جاري در آن انرژي گرمايي را جذب نموده و به کمک يک ماشين حرارتي و ژنراتور آن را به نوع مکانيکي و الکتريکي تبديل مي‌نمايد.
دودکش‌هاي خورشيدي
روش ديگر براي توليد الکتريسيته از انرژي خورشيد استفاده از برج نيرو يا دودکش‌هاي خورشيدي ميباشد در اين سيستم از خاصيت دودکش‌ها استفاده مي‌شود به اين صورت که با استفاده از يک برج بلند به ارتفاع حدود ۲۰۰ متر و تعداد زيادي گرم خانه‌هاي خورشيدي که در اطراف آن است هواي گرمي که بوسيله انرژي خورشيدي در يک گرمخانه توليد مي‌شود و به طرف دودکش يا برج که در مرکز گلخانه‌ها قرار دارد، هدايت مي‌شود.
اين هواي گرم بعلت ارتفاع زياد برج با سرعت زياد صعود کرده و با عث چرخيدن پروانه و ژنراتوري که در پايين برج نصب شده‌است مي‌گردد و بوسيله اين ژنراتور برق توليد مي‌شود هم اکنون يک نمونه از اين سيستم در ۱۶۰ کيلومتري جنوب مادريد احداث گرديده که ارتفاع برج آن به ۲۰۰ متر مي‌رسد.
مزاياي نيروگاههاي خورشيدي
نيروگاه‌هاي خورشيدي که انرژي خورشيد را به برق تبديل مي‌کنند اميد است در آينده با مزاياي قاطعي که در برابر نيروگاه‌هاي فسيلي و اتمي دارند به خصوص اينکه سازگار با محيط زيست مي‌باشند، مشکل برق بخصوص در دوران انجام ذخائر نفت و گاز را حل نمايند. تأسيس و بکارگيري نيروگاه‌هاي خورشيدي آينده‌اي پر ثمر و زمينه‌اي گسترده را براي کمک به خودکفايي و قطع وابستگي کشور به صادرات نفت فراهم خواهد کرد. اکنون شايسته‌است که به ذکر چند مورد از مزاياي اين نيروگاه‌ها بپردازيم.
الف) توليد برق بدون مصرف سوخت
نيروگاه‌هاي خورشيدي نياز به سوخت ندارند و برخلاف نيروگاه‌هاي فسيلي که قيمت برق توليدي آنها تابع قيمت نفت بوده و هميشه در حال تغيير مي‌باشد. در نيروگاه‌هاي خورشيدي اين نوسان وجود نداشته و مي‌توان بهاي برق مصرفي را براي مدت طولاني ثابت نگهداشت.
ب) عدم احتياج به آب زياد
نيروگاه‌هاي خورشيدي بخصوص دودکشهاي خورشيدي با هواي گرم احتياج به آب ندارند لذا براي مناطق خشک مثل ايران بسيار حائز اهميت مي‌باشند. (نيروگاه‌هاي حرارتي سنتي هنگام فعاليت نياز به آب مصرفي زيادي دارند).
پ) عدم آلودگي محيط زيست
نيروگاه‌هاي خورشيدي ضمن توليد برق هيچگونه آلودگي در هوا نداشته و مواد سمّي و مضر توليد نمي‌کنند در صورتي که نيروگاه‌هاي فسيلي هوا و محيط اطراف خود را با مصرف نفت – گاز و يا ذغال سنگ آلوده کرده و نيروگاه‌هاي اتمي با توليد زباله‌هاي هسته‌اي خود که بسيار خطرناک و راديواکتيو هستند محيط زندگي را آلوده و مشکلات عظيمي را براي ساکنين کره زمين بوجود مي‌آورند.
ت) امکان تأمين شبکه‌هاي کوچک و ناحيه‌اي
نيروگاه‌هاي خورشيدي مي‌توانند با توليد برق به شبکه سراسري برق نيرو برسانند و در عين امکان تأمين شبکه‌هاي کوچک ناحيه‌اي، احتياج به تأسيس خطوط فشار قوي طولاني جهت انتقال برق ندارند و نياز به هزينه زياد احداث شبکه‌هاي انتقال نمي‌باشد.
ث) استهلاک کم و عمر زياد
نيروگاه‌هاي خورشيدي بدلايل فني و نداشتن استهلاک زياد داراي عمر طولاني مي‌باشند در حالي که عمر نيروگاه‌هاي فسيلي بين ۱۵ تا ۳۰ سال محاسبه شده‌است.
ج) عدم احتياج به متخصص
نيروگاه‌هاي خورشيدي احتياج به متخصص عالي ندارند و ميتوان آنها را بطور اتوماتيک بکار انداخت، در صورتي که در نيروگاه‌هاي اتمي وجود متخصصين در سطح عالي ضروري بوده و اين دستگاهها احتياج به مراقبتهاي دائمي و ويژه دارند.
کاربردهاي غير نيروگاهي
کابردهاي غير نيروگاهي از انرژي حرارتي خورشيد شامل موارد متعددي مي‌باشد که اهم آنها عبارت‌اند از: آبگرمکن و حمام خورشيدي – سرمايش و گرمايش خورشيدي – آب شيرين کن خورشيدي – خشک کن خورشيدي – اجاق خورشيدي – کوره‌هاي خورشيدي و خانه‌هاي خورشيدي.
الف – آبگرمکن‌هاي خورشيدي و حمام خورشيدي
توليد آب گرم مصرفي ساختمانها اقتصادي‌ترين روشهاي استفاده از انرژي خورشيدي است مي‌توان از انرژي حرارتي خورشيد جهت تهيه آب گرم بهداشتي در منازل و اماکن عمومي به خصوص در مکانهايي که مشکل سوخت رساني وجود دارد استفاده کرد. چنانچه ظرفيت اين سيستمها افزايش يابد مي‌توان از آنها در حمامهاي خورشيدي نيز استفاده نمود. تاکنون با توجه به موقعيت جغرافيايي ايران تعداد زيادي آب گرمکن خورشيدي و چندين دستگاه حمام خورشيدي در نقاط مختلف کشور از جمله استان‌هاي خراسان – سيستان و بلوچستان و يزد نصب و راه اندازي شده‌است.
ب – گرمايش و سرمايش ساختمان و تهويه مطبوع خورشيدي
خانه خورشيدي شماره ۱ MIT، ساخته شده در سال ۱۹۳۹، که در آن از مخزن گرماي فصلي براي بکارگيري گرماي آن در طول سال استفاده شده است.
گرمايش و سرمايش ساختمانها با استفاده از انرژي خورشيد، ايده تازه‌اي بود که در سالهاي ۱۹۳۰ مطرح شد و در کمتر از يک دهه به پيشرفتهاي قابل توجهي رسيد. با افزودن سيستمي معروف به سيستم تبريد جذبي به سيستم‌هاي خورشيدي مي‌توان علاوه بر آب گرم مصرفي و گرمايش از اين سيستم‌ها در فصول گرما براي سرمايش ساختمان نيز استفاده کرد.
پ – آب شيرين کن خورشيدي
هنگامي که حرارت دريافت شده از خورشيد با درجه حرارت کم روي آب شور اثر کند تنها آب تبخير شده و املاح باقي مي‌ماند.
سپس با استفاده از روشهاي مختلف مي‌توان آب تبخير شده را تنظيم کرده و به اين ترتيب آب شيرين تهيه کرد. با اين روش مي‌توان آب بهداشتي مورد نياز در نقاطي که دسترسي به آب شيرين ندارند مانند جزاير را تأمين کرد.
آب شيرين خورشيدي در دو اندازه خانگي و صنعتي ساخته مي‌شوند. در نوع صنعتي با حجم بالا مي‌توان براي استفاده شهرها آب شيرين توليد کرد.
ت – خشک کن خورشيدي
خشک کردن مواد غذايي براي نگهداري آنها از زمانهاي بسيار قديم مرسوم بوده و انسان‌هاي نخستين خشک کردن را يک هنر مي‌دانستند.
خشک کردن عبارت است از گرفتن قسمتي از آب موجود در مواد غذايي و ساير محصولات که باعث افزايش عمر انباري محصول و جلوگيري از رشد باکتريها مي‌باشد. در خشک کن‌هاي خورشيدي بطور مستقيم و يا غير مستقيم از انرژي خورشيدي جهت خشک نمودن مواد استفاده مي‌شود و هوا نيز به صورت طبيعي يا اجباري جريان يافته و باعث تسريع عمل خشک شدن محصول مي‌گردد. خشک کن‌هاي خورشيدي در اندازه‌ها و طرحهاي مختلف و براي محصولات و مصارف گوناگون طراحي و ساخته مي‌شوند.
ث – اجاقهاي خورشيدي
دستگاههاي خوراک پز خورشيدي اولين بار بوسيله شخصي بنام نيکلاس ساخته شد. اجاق او شامل يک جعبه عايق بندي شده با صفحه سياهرنگي بود که قطعات شيشه‌اي درپوش آنرا تشکيل مي‌داد اشعه خورشيد با عبور از ميان اين شيشه‌ها وارد جعبه شده و بوسيله سطح سياه جذب مي‌شد سپس درجه حرارت داخل جعبه را به ۸۸ درجه افزايش مي‌داد. اصول کار اجاق خورشيدي جمع آوري پرتوهاي مستقيم خورشيد در يک نقطه کانوني و افزايش دما در آن نقطه مي‌باشد. امروزه طرحهاي متنوعي از اين سيستم‌ها وجود دارد که اين طرحها در مکانهاي مختلفي از جمله آفريقاي جنوبي آزمايش شده و به نتايج خوبي نيز رسيده‌اند. استفاده از اين اجاقها به ويژه در مناطق شرقي کشور ايران که با مشکل کمبود سوخت مواجه مي‌باشند بسيار مفيد خواهد بود.
ج – کوره خورشيدي
در قرن هجدهم نوتورا اولين کوره خورشيدي را در فرانسه ساخت و بوسيله آن يک تل چوبي را در فاصله ۶۰ متري آتش زد.
بسمر پدر فولاد جهان نيز حرارت مورد نياز کوره خود را از انرژي خورشيدي تأمين مي‌کرد. متداولترين سيستم يک کوره خورشيدي متشکل از دو آينه يکي تخت و ديگري کروي مي‌باشد. نور خورشيد به آينه تخت رسيده و توسط اين آينه به آينه کروي بازتابيده مي‌شود. طبق قوانين اپتيک هر گاه دسته پرتوي موازي محور آينه با آن برخورد نمايد در محل کانون متمرکز مي‌شوند به اين ترتيب انرژي حرارتي گسترده خورشيد در يک نقطه جمع مي‌شود که اين نقطه به دماهاي بالايي مي‌رسد. امروزه پروژه‌هاي متعددي در زمينه کوره‌هاي خورشيد در سراسر جهان در حال طراحي و اجراء مي‌باشد.
چ – خانه‌هاي خورشيدي
ايرانيان باستان از انرژي خورشيدي براي کاهش مصرف چوب در گرم کردن خانه‌هاي خود در زمستان استفاده مي‌کردند. آنان ساختمانها را به ترتيبي بنا مي‌کردند که در زمستان نور خورشيد به داخل اتاقهاي نشيمن مي‌تابيد ولي در روزهاي گرم تابستان فضاي اتاق در سايه قرار داشت. در اغلب فرهنگ‌هاي ديگر دنيا نيز مي‌توان نمونه‌هايي از اين قبيل طرحها را مشاهده نمود. در سالهاي بين دو جنگ جهاني در اروپا و ايالات متحده طرحهاي فراواني در زمينه خانه‌هاي خورشيدي مطرح و آزمايش شد. از آن زمان به بعد تحول خاصي در اين زمينه صورت نگرفت. حدود چند سالي است که معماران بطور جدي ساخت خانه‌هاي خورشيدي را آغاز کرده‌اند و به دنبال تحول و پيشرفت اين تکنولوژي به نتايج مفيدي نيز دست يافته‌اند مثلاً در ايالات متحده در سال ۱۸۹۰ به تنهايي حدود ۱۰ تا ۲۰ هزار خانه خورشيدي ساخته شده‌است. در اين گونه خانه‌ها سعي مي‌شود از انرژي خورشيد براي روشنايي – تهيه آب گرم بهداشتي – سرمايش و گرمايش ساختمان استفاده شود و با بکار بردن مصالح ساختماني مفيد از اتلاف گرما و انرژي جلوگيري شود.
در ايران نيز پروژه ساخت اولين ساختمان خورشيدي واقع در ضلع شمالي دانشگاه علم و صنعت و به منظور مطالعه و پژوهش در خصوص بهينه سازي مصرف انرژي و امکان بررسي روشهاي استفاده از انواع انرژيهاي تجديدپذير به ويژه انرژي خورشيدي اجرا گرديده‌است. سشمشئلالل
سيستمهاي فتوولتاييک
يک سلول خورشيدي
به پديده‌اي که در اثر تابش نور بدون استفاه از مکانيزم‌هاي محرک، الکتريسيته توليد کند پديده فتوولتائيک و به هر سيستمي که از اين پديده‌ها استفاده کند سيستم فتوولتائيک گويند. سيستم‌هاي فتوولتائيک يکي از پر مصرف‌ترين کاربرد انرژي‌هاي نو مي‌باشند و تاکنون سيستم‌هاي گوناگوني با ظرفيت‌هاي مختلف (۵ ۰ وات تا چند مگاوات) در سراسر جهان نصب و راه اندازي شده‌است و با توجه به قابليت اطمينان و عملکرد اين سيستم‌ها هر روزه بر تعداد متقاضيان آنها افزوده مي‌شود. از سري و موازي کردن سلولهاي آفتابي مي‌توان به جريان و ولتاژ قابل قبولي دست يافت. در نتيجه به يک مجموعه از سلولهاي سري و موازي شده پنل (Panel) فتوولتائيک مي‌گويند. امروزه اينگونه سلولها عموماً از ماده سيليسيم تهيه مي‌شود و سيليسيم مورد نياز از شن و ماسه تهيه مي‌شود که در مناطق کويري کشور، به فراواني يافت مي‌گردد. بنابراين از نظر تأمين ماده اوليه اين سلولها هيچگونه کمبودي در ايران وجود ندارد. سيستمهاي شکست در تجزيه (خطاي lexing): فتوولتائيک را مي‌توان
بطور کلي به سه بخش اصلي تقسيم نمود که بطور خلاصه به توضيح آنها مي‌پردازيم.
۱ – پنلهاي خورشيدي:
پنل‌هاي خورشيدي بکار رفته در ايستگاه فضايي بين‌المللي در سال ۲۰۰۱.
اين بخش در واقع مبدل انرژي تابشي خورشيد به انرژي الکتريکي بدون واسطه مکانيکي مي‌باشد. لازم به اين بخش در واقع کليه مشخصات سيستم را کنترل کرده وتوان ورودي پنلها را طبق طراحي انجام شده و نياز مصرف کننده به بار يا باتري تزريق و کنترل مي‌کند لازم به ذکر است که در اين بخش مشخصات و عناصر تشکيل دهنده با توجه به نيازهاي بار الکتريکي و مصرف کننده و نيز شرايط آب و هوايي محلي تغيير مي‌کند.
۳ – مصرف کننده يا بار الکتريکي:
با توجه به خروجي DC پنلهاي فتوولتائيک، مصرف کننده مي‌تواند دو نوع DC يا AC باشد، همچنين با آرايشهاي مختلف پنلهاي فتوولتائيک مي‌توان نياز مصرف کنندگان مختلف را با توانهاي متفاوت تأمين نمود. با توجه به کاهش روز افزون ذخائر سوخت فسيلي و خطرات ناشي از بکارگيري نيروگاههاي اتمي، گمان قوي وجود دارد که در آينده‌اي نه چندان دور سلولهاي خورشيدي به انرژي برق به‌عنوان جايگزين مناسب و بي خطر براي سوختهاي فسيلي و نيروگاههاي اتمي توسط بشر بکار گرفته شود.
مصارف و کاربردهاي فتوولتائيک
• مصارف فضانوردي و تأمين انرژي مورد نياز ماهواره‌ها جهت ارسال پيام
• روشنايي خورشيدي:
در حال حاضر روشنايي خورشيدي بالاترين ميزان کاربرد سيستم‌هاي فتوولتائيک را در سراسر جهان دارد و سالانه دهها هزار نمونه از اين سيستم در سراسر جهان نصب و راه اندازي مي‌گردد، مانند برق جاده‌ها و تونلها بخصوص در مناطقي که به شبکه برق دسترسي ندارند، تأمين برق پاسگاههاي مرزي که دور از شبکه برق هستند، تأمين برق مناطقي شکارباني و مناطق حفاظت شده نظير جزيره‌هاي دور افتاده که جنبه نظامي دارند.
• سيستم تغذيه کننده يک واحد مسکوني:
انرژي مورد نياز کليه لوازم برقي منازل (شهري و روستايي) و مراکز تجاري را مي‌توان با استفاده از پنلهاي فتوولتائيک و سيستمهاي ذخيره کننده و کنترل نسبتاً ساده، تأمين نمود.
• سيستم پمپاژ خورشيدي:
سيستم پمپهاي فتوولتائيک قابليت استحصال آب از چاهها، قنوات، چشمه‌ها، رودخانه‌ها و ….. را جهت مصارف متنوعي دارا مي‌باشد.
• سيستم تغذيه کننده ايستگاههاي مخابراتي و زلزله نگاري:
اغلب ايستگاههاي مخابراتي و يا زلزله نگاري در مکانهاي فاقد شبکه سراسري و صعب العبور و يا در محلي که احداث پست فشار قوي به فشار ضعيف و تأمين توان الکتريکي ايستگاه مذکور صرفه اقتصادي و حفاظت الکتريکي ندارد نصب شده‌اند.
• ماشين حساب، ساعت، راديو، ضبط صوت و وسايل بازي کودکانه يا هر نوع وسيله‌اي که تاکنون با باطري خشک کار مي‌کرده‌است يکي ديگر از کاربردهاي اين سيستم مي‌باشد.
مثلاً ژاپن در سال ۱۹۸۳ حدود ۳۰ ميليون ماشين حساب خورشيدي توليد کرده‌است که سلولهاي خورشيدي بکار گرفته در آنها مساحتي حدود ۰۰۰ ۲۰ متر مربع و توان الکتريکي معادل ۵۰۰ کيلووات داشته‌اند.
• نيروگاههاي فتوولتائيک:
هم‌زمان با استفاده از سيستم‌هاي فتوولتائيک در بخش انرژي الکتريکي مورد نياز ساختمانها اطلاعات و تجربيات کافي جهت احداث واحدهاي بزرگ‌تر حاصل گرديد و همه اکنون در بسياري از کشورهاي جهان نيروگاه فتوولتائيک در واحدهاي کوچک و بزرگ و به صورت اتصال به شبکه و يا مستقل از شبکه نصب و راه اندازي شده‌است ولي اين تأسيسات داراي هزينه ساخت، راه اندازي و نگهداري بالايي مي‌باشند که فعلاً مقرون به صرفه و اقتصادي نيست.
• يخچالهاي خورشيدي:
از يخچالهاي خورشيدي جهت سرويس دهي و ارائه خدمات بهداشتي و تغذيه‌اي در مناطق دور افتاده و صعب العبور استفاده مي‌گردد. عملکرد مناسب يخچالهاي خورشيدي تا حدي بوده‌است که در طي ۵ سال گذشته بيش از ۱۰۰۰۰ يخچال خورشيدي براي کاربردهاي بهداشتي و درماني در سراسر آفريقا راه اندازي شده‌است.
• سيستم تغذيه کننده پرتابل يا قابل حمل:
قابليت حمل و نقل و سهولت در نصب و راه اندازي از جمله مزاياي اين سيستم‌ها مي‌باشد بازده توان اين سيستم‌ها از ۱۰۰ وات الي يک کيلو وات تعريف شده‌است. از جمله کاربردهاي آن مي‌توان به تأمين برق اضطراري در مواقع بروز حوادث غير مترقبه، سيستم تغذيه کننده يک چادر عشايري و کمپ‌هاي جنگلي اشاره نمود.
مرگ خورشيد
آيا ستاره‌ها زنده‌اند؟!
ستاره شناسان ستاره‌ها را مانند موجودات زنده مي‌دانند که مراحل تولد ، زندگي و مرگ را در طول عمر خود مي‌گذرانند. اين مراحل که براي انسان حدود چند ده سال طول مي‌کشد. در مورد ستاره‌ها از چند ميليون تا چند ميليارد سال متغير است. يک ستاره پس از تولد و گذران عمر ، وارد مرحله مرگ و پايان موجوديت مي‌شود. خورشيد ما هم که يک ستاره است، از اين قاعده مستثني نيست.
غول سرخ خورشيد
ذخاير هيدروژن خورشيد به ما اين وعده را مي‌دهد که تا حدود 5 ميليارد سال ديگر دغدغه‌اي نداشته باشيم. خورشيد تقريبا بصورت امروزي ، ستاره‌اي زرد که به اندازه قرص ماه ديده مي‌شود، خواهد بود. ولي 5 ميليارد سال بعد بيشتر هيدروژن موجود در هسته خورشيد ، گداخته شده و صرف تهيه هليوم مي‌شود. در آن زمان جاذبه باعث انقباض هسته شده و فشار و دماي آن را افزايش خواهد داد. هيدروژن شروع به سوختن در پوسته اطراف هسته خواهد کرد.
انرژي حاصل از همجوشي هسته‌اي در پوسته ، باعث انبساط لايه‌هاي خارجي خواهد شد، تا اينکه خورشيد تبديل به يک غول سرخ شود. هليوم هم به کربن و اکسيژن تبديل خواهد شد.
خورشيد کوتوله
وقتي خورشيد منبسط مي‌شود تا تبديل به يک غول سرخ شود ، قطرش حدود 150 برابر بزرگتر مي‌شود (بدليل همين افزايش حجم است که غول ناميده مي‌شود). با افزايش حجم ، دماي سطح خورشيد به آرامي کاهش مي‌يابد و گازهاي منبسط شده و داغ حرارت خود را از دست مي‌دهند. رنگ خورشيد از زرد به نارنجي و سپس قرمز تغيير مي‌کند. بخاطر بزرگتر شدن سطح خورشيد ، درخشندگي آن هزار برابر افزايش يافته و نور بيشتري ساطع مي‌کند.
خورشيد مدت 100 ميليون سال را به شکل يک غول سرخ سپري خواهد کرد، سپس لايه‌هاي سست بيروني از آن جدا خواهند شد. سرانجام خورشيد به شکل يک کوتوله سفيد باقي مانده و به تدريج از بين خواهد رفت.
زمين سوگوار
• در مراحل پاياني عمر خورشيد ، هنگامي که اين ستاره به غول سرخ تبديل مي‌شود، از آسمان آبي گرفته تا سايه رنگهاي سپيده و شامگاه ، کليه پديده‌هاي جوي ، عميقا تحت تأثير قرار مي‌گيرند. زمين سرد نمي‌شود بلکه برعکس افزايش ‌مساحت خورشيد ، کاهش دما را جبران مي‌کند و دما از حد معمول هم بسيار فراتر مي‌رود. تمام موجودات زنده از بين مي‌روند و زمين در غم از دست دادن آنها و خورشيد به سوگ مي‌نشيند.
• با افزايش دما يخ پهنه‌هاي قطبي شروع به ذوب شدن مي‌کنند. سطح اقيانوسها بالا مي‌آيند و لايه ضخيمي از ابر ايجاد مي‌کنند که براي مدتي خورشيد را پنهان مي‌کند. اين ابرها تقابل اقليمي ميان قطبها و استوا را از بين مي‌برند. نوعي جنگل آمازون داغ و مرطوب سراسر زمين را مي‌پوشاند. سپس جو زمين شروع به تبخير شدن مي‌کند. گياهان خشک شعله‌ور مي‌شوند. شعله‌هاي آتش با استفاده از اکسيژن باقيمانده ، همه مواد آلي موجود را مصرف مي‌کند. طبيعتي شبيه به ماه کنوني پديد مي‌آيد.
• در صخره سنگهاي قاره‌اي و اعماق حوزه‌هايي که تبخير شده‌اند، حاکميت عصر معادن بار ديگر جايگاهي را که در نخستين سالهاي عمر سياره داشت، باز مي‌يابد. پس از گذشت چند صد هزار سال ، خود صخره نيز شروع به ذوب شدن مي‌کند. زير آبشاري از حرارت سرخ ، امواج گدازه هاي فروزان از کوهها سرازير و در اعماق اقيانوسهاي کهن جمع مي‌شوند. خورشيد سرخ به گسترش خود ادامه مي‌دهد و باد نيرومند ستاره‌اي به بيرون مي‌فرستد.
سيارات عطارد و زهره تحت تأثير آن به آرامي تبخير مي‌شوند. اين توفان شديد مواد آنها را جارو کرده و به صورت امواج متلاطمي از بخار به هوا مي‌فرستد. از اين ماده رقيق ممکن است سحابيهاي جديد شکل گرفته و در ميان آنها ستارگان و منظومه‌هاي سياره‌اي جديد پديدار شوند.

خورشيد ستاره اي است از ستارگان رشته اصلي که ۵ ميليارد سال از عمرش مي گذرد. اين ستاره کروي شکل بوده و عمدتا از گازهاي هيدروژن و هليوم تشکيل شده است. وس ...

خورشيد خورشيد، گوي غول پيکر درخشاني در وسط منظومه شمسي و تامين کننده نور، گرما و انرژي هاي ديگر زمين است. sun - خورشيداين ستاره به طور کامل از گاز تشک ...

در يک کسوف ، قرص ماه به اندازه کافي بزرگ باشد، طوري که تمامي فام سپهر را بپوشاند و در اطراف خورشيد مقابل زمينه تاريک آسمان ، خرمني به سفيدي مرواريد ظا ...

انرژي خورشيد يکي از منابع تامين انرژي رايگان، پاک و عاري از اثرات مخرب زيست محيطي است که از دير باز به روش هاي گوناگون مورد استفاده بشر قرار گرفته است ...

بر پايه ي بررسي هاي تازه اي ادعا شده که خورشيد کوچک تر از آن چيزي است که تصور مي شود. اگر اين گونه باشد، آن گاه ويژگي هاي ديگر خورشيد مانند دماي دروني ...

براي دومين بار، پژوهشگران موفق شدند مولکول هاي آلي را در اطراف سياره اي مشتري مانند و داغ در خارج از منظومه شمسي کشف کنند. اين بدان معني است که فراوان ...

خورشيد به عنوان يک ستاره فروزان متوسط تنها يکي از ميلياردها ستاره يي است که در کهکشان راه شيري به دور مرکز آن در حال گردش است. در بين ميلياردها ستاره ...

سومين سياره منظومه شمسي.کره اي خاکي که بدليل فاصله مناسب با خورشيد و با داشتن جو مناسب پذيراي حيات مي باشد.زمين يک قمر طبيعي به نام ماه وهزاران قمر يا ...

دانلود نسخه PDF - خورشيد